Выбор высоковольтного кабеля

Выбору подлежит высоковольтный кабель, питающий подземную участковую передвижную подстанцию ПУПП от ближайшего высоковольтного распределительного пункта РП-6 кВ. Длина кабеля определяется после расположения оборудования и прокладки трассы кабеля на плане горных работ, выполненного в масштабе. Выбор марки и сечений жил высоковольтного кабеля, питающего участок шахты, определяется технологией с учетом технических и экономических факторов.

Кабель работает на распределительном напряжении U_Н=6кВ и прокладывается, как правило, по горизонтальным выработкам (квершлагам, штрекам). Как известно [1, с.147-151; 2, с.114-116; 5, с.160-168; 8, с. 188-192; 11, с.174-179; 16, с.164-170,174-180] в подземных выработках шахт допускаются к применению кабели с медными жилами, бронированные стальными лентами или тросами. В угольных шахтах при периодической переноске для передачи электроэнергии в установках на напряжение до 6000 В используются кабели марок СБ_Н-6, ЭВТ-6 и им подобные.

Таблица 13.1 - Конструктивные данные шахтных кабелей марок ЭВТ и СБн на номинальное напряжение 6 кВ

Марка	Номинальное напряжение, кВ	Число и сечение жил, мм2	Наружный диаметр, мм	Масса 1 кг кабеля, кг
ЭВТ		3´16+1´10	43,6
3´25+1´10	46,3
3´35+1´10	49,6
3´16+1´10+4´4	47,1
3´25+1´10+4´4	48,4
3´35+1´10+4´4	52,1
СБн		3´10	31,1	2 298 / 2 293
3´16	33,1	2 769 / 2 764
3´25	34,12	3 068 / 3 064
3´35	36,4	3 994 / 3 688
3´50	38,9	4 381 / 4 376
3´70	41,6	5 220 / 5 213
3´95	45,1	6 405 / 6 397
3´120	48,3	7 580 / 7 571
3´150	51,6	8 790 / 8 782
3´185	54,9	10 307 / 10 295
3´240	59,6	12 403 / 12 391

Сечение жил кабелей выбираются в зависимости от ряда технических и экономических факторов.

Выбор сечений жил кабеля по техническим факторам:

а) Выбор сечения жилы кабеля по нагреву длительным рабочим (расчетным) током.

Температура нагрева жил кабелей, а, следовательно, и допустимый ток в длительном режиме работы ограничиваются допустимой температурой изоляции и жил кабеля.

Номинальный ток силового трансформатора ПУПП на стороне высшего напряжения (ВН)

I_{Н ВН}= S_ТН/Ö3 U_Н, А

где S_ТН - номинальная мощность трансформатора комплектной трансформаторной подстанции, питающей участок, кВА;

U_Н - номинальное напряжение распределительной сети шахты (принимается равным 6кВ).

Фактический ток силового трансформатора на стороне высшего напряжения определяется фактическим током I_КФ (получасовым максимумом) нагрузки подстанции на стороне низшего напряжения с учетом коэффициента трансформации К_Т= U_НВ/ U_НН

I_{Ф ВН}= I_КФ/ К_Т

Расчетное значение тока высоковольтного кабеля

I_К= I_{Н ВН} при I_{Ф ВН}< I_{Н ВН}

I_К= I_{Ф ВН} при I_{Ф ВН}> I_{Н ВН}

Сечение жил кабеля выбирается по таблицам длительно допустимых токовых нагрузок [5, с. 179-185; 8, с. 362-364], которые учитывают материал жил, материал изоляции, вид пропиточной массы, материал защитной оболочки, количество жил, номинальное напряжение, условия прокладки (в воздухе, в земле, в воде). По таблицам выбирается сечение, допускающее ближайший больший или одинаковый ток по сравнению с расчетным, т.е.:

мм², (13.1)

где I_К - расчетный ток, протекающий по кабелю.

б) Выбор сечений жил кабелей по условию термической стойкости току короткого замыкания (К.З.).

Расчетное сечение жилы кабеля по термической стойкости определяется по формуле:

,мм², (13.2)

где a-расчетный коэффициент, определяемый ограничением допустимой температуры нагрева жил кабеля (для кабелей с медными жилами напряжением до 10 кВ принимается a= 7);

I_¥ - максимальное значение установившегося тока короткого замыкания, определяемого для расчетной точки, находящейся в начале кабеля (месте подключения к распределительному устройству РПП-6), кА;

t_П - приведенное время действия тока к.з., т.е. промежуток времени, в течение которого установившийся ток к.з. выделяет такое же количество тепла, которое должен выделить фактический ток к.з. за действительное время к.з.

Однако, учитывая то, что фактическое (действительное) время, в течении которого проходит процесс к.з., весьма мало (при современных средствах защиты и коммутационных аппаратах t_д = 0,1…0,2 с) и что отношение величины начального сверхпереходного тока к установившемуся току к.з. практически не отличается от единицы (b = I^///I_¥= 1) для источника неограниченной мощности, можно допустить, что приведенное время действия к.з. равно действительному или времени отключения с учетом поправки на апериодическую составляющую тока к.з. t_АП = 0,005с, т.е.

t_П @ t_д + 0,005 (13.3)

Для подземных электроустановок действительное время к.з. определяется из выражения:

, с, (13.4)

где t_З - собственное время срабатывания релейной защитой, принимается равным 0.05 - 0.07 с;

t_В- собственное время срабатывания выключателя комплектного распределительного устройства, принимается равным 0.05 с.

Сечение жилы кабеля по термической стойкости выбирается из номинального ряда и равно ближайшему меньшему по сравнению с расчетным значением сечения жил кабеля по термической стойкости.

в) Выбор (проверка) сечения жил кабеля по допустимой потере напряжения.

Реализация этого фактора обусловлена тем, что одним из главных показателей качества электроэнергии является величина напряжения, подводимого к токоприемникам. Поэтому введены нормы на величины допустимых потерь напряжения. Потери напряжения в распределительной сети шахты определяются следующим выражением:

,В, (13.5)

где S DU - суммарная допустимая потеря напряжения, которая определяется ограничениями величин напряжения в начале линии (на зажимах трансформатора) и в конце её (со стороны приемников электрической энергии согласно ГОСТ), В;

DU_Т - потеря напряжения в трансформаторе, определяемая техническими данными трансформатора и нагрузкой, В;

DU_КС - потеря напряжения в стволовом кабеле, В;

DU_РПП - потеря напряжения в кабеле, проложенном от ЦПП до

РПП-6, если последний имеется, В;

DU_КД - допустимая потеря напряжения кабеля, питающего участок, В.

Определение сечения жилы кабеля по допустимой потере напряжения производится по формуле:

, мм², (13.6)

где L_К - длина кабеля, питающего участок, м;

соs j_СВ - коэффициент мощности нагрузки участка;

g - удельная проводимость меди, принимается равной 50 сим;

DU_КД - допустимая потеря напряжения в кабеле, питающим участок, В;

I_К - расчетный ток, протекающий в кабеле, А;

х_o - погонное индуктивное сопротивление жилы кабеля, принимается равным 0.6*10^-4 Ом/м.

В результате в качестве принимается ближайшее большее из ряда стандартных сечений

В том случае, если осуществляется проверка выбранного сечения кабеля по допустимой потере напряжения, определяется расчетная величина потери напряжения по формуле:

(13.7)

При этом должно соблюдаться условие:

DU_К £ DU_КД. (13.8)

В противном случае необходимо выбрать большее сечение кабеля и выполнить проверку по предложенному условию.

Выбор сечения жилы кабеля по механической прочности не производится, т.к. кабели всех сечений, используемых для электроснабжения участка, начиная с S = 10мм², имеют достаточную механическую прочность.

Окончательно, из трех полученных сечений кабеля по техническим факторам , , выбирается наибольшее

=МАХ{ , , }. (13.9)

Выбор сечений жил высоковольтного кабеля, питающего участок, по экономической плотности тока.

Сечение кабелей, соответствующее минимуму приведенных затрат (стоимость кабеля, потеря электроэнергии и т. п.) зависит от величины нагрузки, материала жил кабеля, стоимости электроэнергии и ряда других показателей.

Экономически целесообразное сечение жил бронированных кабелей определяется из соотношения

(13.10)

где I_К - расчетный получасовой ток в период максимума энергосистемы, А;

J_ЭК -нормированное ПУЭ значение экономической плотности тока, А/мм².

Экономическая плотность тока выбирается по таблице для заданных условий работы.

Таблица 13.2 - Экономическая плотность тока

Кабели	Экономическая плотность тока (А/мм2) при числе часов использования максимума нагрузки в год
>1000-3000	>3000-5000	>5000
Кабели с бумажной и провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами	3,0	2,5	2,0
Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с медными жилами	3,5	3,1	2,7

Значение сечения, полученное в результате расчета, округляются до ближайшего стандартного значения.

Входные данные, предшествующие расчету на ЭВМ, и выходные данные, получаемые в результате расчета, приведены в таблицах 13.3 и 13.4. Алгоритм выбора сечения жил высоковольтного кабеля приведен на рисунках 13.1 и 13.2.

Таблица 13.3 - Входные данные

Наименование параметра	Условное обозначение	Общий диапазон изменения	Примечание
мин	макс
Мощность к.з. на шинах РПП-6 (в точке подключения), МВА	S(3)КЗ РП
Номинальное напряжение распределительной сети, кВ	UНВ
Номинальное напряжение трансформатора, В	UНН	380/660
Номинальная мощность трансформатора, кВА	SТН
Приведенное время действия к.з.	tП	0,1	0,2
Длина высоковольтного кабеля, м	LК
Ток фидерного кабеля	IКФ
Средневзвешенный коэффициент мощности группы токоприемников участка	cosjСВ	0,1
Допустимые потери напряжения в высоковольтном кабеле участка, В	DUК Д

Таблица 13.4 - Выходные данные

Наименование параметра	Условное обозначение	Общий диапазон изменения	Примечание
мин	макс
Сечение жил кабеля по нагреву длительно допустимым током, мм2
Сечение кабеля по термической стойкости току к.з., мм2
Сечение кабеля по допустимой потере напряжения, мм2
Сечение кабеля по экономической плотности тока, мм2
Принятое к установке сечение кабеля, мм2	SК

Рисунок 13.1 - Алгоритм выбора сечения высоковольтного кабеля (начало)